智能电网节能优化调度系统

智能电网节能优化调度系统

王朝明[1][2]，马春生[2]

（东南大学江苏南京 210096）[1]

（南京软核科技江苏南京 210019）[2]

摘 要：本文基于智能电网和节能发电调度背景下，针对现代地区电网调度的特点，提出了智能电网节能优化调度系统，本系统由电网经济运行控制系统、分布式无功电压优化控制系统、能耗在线监测及综合降损分析系统、分布式电源优化调度和大用户优化调度等多个模块构成。通过该系统，地区电网能够实现有功无功的联合优化控制，在智能电网调度的正常模式下，实现电网在安全约束条件下的经济运行。

关键词：节能优化调度，节能发电调度，智能电网，经济运行，无功电压优化，在线线损

0 引言

经济调度的目标是在保证电网安全运行的前提下，尽可能提高电网运行的经济性。传统的经济调度一般只考虑当前运行方式的安全性约束，而不考虑预想故障条件下的安全性约束，从而使问题大大简化，数值计算简单迅速，其结果则可能导致调度后电网因不满足预想故障条件下的安全性约束而进入预警状态，下一断面又需进行预防控制以消除预警状态，从而出现控制振荡现象。为避免出现上述情况，在经济调度问题中应加入预想故障条件下的安全性约束。其求解可在传统经济调度结果的基础上，借鉴预防控制问题的求解方法加以实现。

在智能电网环境下，要求各级调度在安全可靠、经济环保、运行效率等多个目标下进行优化调度，要求传统的调度转为以节能、环保、经济为目标，以公正友好的方式接纳各种电源，能够兼顾多目标优化、灵活协调、安全可靠。在智能电网环境下，传统的经济调度要转变为节能优化调度，调度员也只有在节能优化调度帮助下才能达到智能电网的要求。

在节能发电调度和智能电网的背景下，智能电网节能优化调度是地区电网经济运行的综合决策平台，为地调提供了智能电网下、节能环境下地区电网经济运行整体解决方案。它以系统安全运行为约束条件，以降损节能为目标进行经济调度。1地区电网节能优化调度系统的定位

1.1与省网节能发电调度的关系

为实现节能减排目标，引导电源结构向高效率、低污染方向发展，2007年8月，国家发展和改革委员会等部门提出了《节能发电调度办法（试行）》（以下简称《办法》），要求改革现行发电调度方式，开展节能发电调度[1]。

节能发电调度是指在保障电力可靠供应的前提下，按照节能、经济的原则，优先调度可再生发电资源，按机组能耗和污染物排放水平由低到高排序，依次调用化石类发电资源，最大限度地减少能源、资源消耗和污染物排放。节能调度的基本原则是：以确保电力系统安全稳定运行和连续供电为前提，以节能、环保为目标，通过对各类发电机组按能耗和污染物排放水平排序，以分省排序、区域内优化、区域间协调的方式，实施优化调度，并与电力市场建设工作相结合，充分发挥电力市场的作用，努力做到单位电能生产中能耗和污染物排放最少。

目前节能发电调度主要在广东、贵州、四川、江苏和河南五个省份进行试点。由于受到金融危机的影响，节能发电调度的试点遇到不少阻力。但是，节能降耗和污染减排是“十一五”期间一项全社会任务，是构建和谐社会的重要因素。国家在“十一五”规划中提出2010年单位GDP能耗下降20％，这个任务非常艰巨。因此随着经济复苏，节能发电调度的试点会不断推进。

节能发电调度是从省调层面，以降损节能为目标，对大型发电机、高耗能机组、新能源进行优化调度。地区电网作为省级电网的子网，同样需要降损节能。两者有机配合才能真正实现降损节能的目标。

1.2与智能调度的关系

近年来，智能电网是国际电力业界的热门话题，被认为是改变未来电力系统面貌的电网发展模式。我国国家电网公司已明确提出要“建设坚强的智能电网”的规划。

目前，在扩大内需的大背景下，智能电网的

影响已远远超出了电力工业界，受到了国内外各界的高度关注。

智能调度作为智能电网的中枢，对智能电网的发展起着至关重要的作用。图1是本文提出的地区电网智能调度的基本框架。在这个框架下，智能调度主要由三部分构成：智能运方决策支持子系统、智能保护决策支持子系统和智能调度决策子系统。

图1 地区电网智能调度框架

智能电网节能优化调度系统是智能调度在正常状态下的经济调度模式。当电力系统处在异常状态下，智能调度自动切换至故障诊断及恢复决策的异常态。在这种异常态下，安全是首先确保的。

在可视化智能异常告警系统判断电网处于正常且安全状态下，智能调度切换至节能优化调度决策模式，以安全为约束、经济为目标的优化进行调度，包括三维协调的电网分布式无功电压优化控制系统、变压器经济运行实时控制系统、电网能耗在线计算及降损分析系统、分布式电源优化调度系统和大用户优化调度系统。

2地区电网节能调度方案

地区电网开展以节能及安全为目标的电网调度，目前电网规模越来越大，以原有的经验调度方法是无法达到要求的，需要一个综合安全及节能技术的辅助决策平台来帮助调度员。结合多年电网调度自动化软件开发经验，我们率先在国内提出电网节能优化调度系统。

从电网优化运行角度考虑，节能调度问题就是对有功、无功潮流进行优化调度，充分考虑电网各约束条件，实现网损最小、设备安全运行的目标。

自主创新的无功电压自动控制技术将有功、无功进行解耦优化，达到无功优化控制的目的，目前已经比较成熟。与此同时，有功优化主要采用电网经济运行技术和配网重构来实现，目前国内已有变压器经济运行投入闭环控制的案例。2.1 电网经济运行控制系统

电网经济运行控制系统包括：变压器经济运行实时控制系统和线路经济运行实时控制系统。

电网经济运行是不用物资投入就能取得明显节电效果的一项内涵节电技术。变压器总的电能损失占发电量的10％左右。电网经济运行分为两个方面，首先它是由变压器经济运行节电技术形成系统工程，包括8个方面45种变压器经济运行的节电范畴，需要按系统工程方法对变压器经济运行节电技术进行优化排序；同时，又把变压器经济运行领域扩充到变压器及其供电线路经济运行，变电所及其供电网经济运行，也就是说扩展到输电网经济运行(三绕组变压器及其供电系统)和配电网经济运行(双绕组变压器及其供电系统)。

电网经济运行是指在保证区域电网(110kV 以上)和地区电网(110kV以下的城区网、农网和企业网)的安全运行以及满足供电量和保证供电质量的基础上，充分利用电网中现有输(配)变电设备，通过优选变压器及电力线路经济运行方式和负载的经济调配及变压器与供电线路运行位置的优化组合等技术措施，最大限度地降低变压器与供电线路的有功损耗和无功消耗。

2.2分布式无功电压优化控制系统[7]

做好无功电压管理，是提高电压质量，降低系统网损的关键。无功电压管理包括无功设备管理与调节、无功优化运行、电压合格率管理、功率因数管理、根据优化计算进行合理无功补偿等。随着电网规模日益增大，电网公司对电压质量、功率因数考核要求日益提高，通过人为进行管理已经无法满足，要降低全网网损就更加困难。

在本系统中实现了面向无功电压管理全过程的解决方案，解决了设计、考核、控制、评估四个方面的问题：

?在无功规划阶段解决无功优化配置问题

?在系统运行阶段解决无功管理与考核问题

?在操作阶段解决无功电压自动控制问题

?在评估阶段解决无功电压效果分析问题降损节能、提高电压质量要从源头抓起，要

求供电企业先要管好无功补偿。全网无功补偿优化配置模块帮助供电企业完成了电网规划、技术改造阶段无功补偿容量、补偿地点计算问题。无功补偿优化配置模块以网损最小及无功设备投资最小为目标，以母线电压、变电站功率为约束，以分接头配合调压及高、中、低典型负荷计算结果考虑电容器的分组问题。

无功电压优化控制在满足电压合格的基础上，以全网网损最小及离散设备动作次数最少为目标，考虑电压约束、功率因数约束、支路功率约束，对无功潮流进行优化，给出发电机、有载调压分接头、无功补偿装置的调节策略，并使用SCADA的遥控遥调通道对这些设备进行闭环控制，使得无功/电压调整实现了调度智能化。

目前，各省调已经开始对其所属的地调进行220kV变电站高压侧功率因数的考核，并实施严格的奖惩措施。无功电压优化控制功能可以实现功率因数的自动校正，帮助地调调度员实现优化调度。系统可以自动地根据无功电压优化控制模块中统计得到的电压越限情况、功率因数情况、无功补偿设备动作情况的统计结果，给出电容器配置建议，功率因数考核合理性建议等。

2.3能耗在线监测及综合降损分析系统[2]

线损率是电力企业的一项重要综合性技术经济指标，它反映了一个电力网的规划设计、生产技术和运行管理水平。因此，对线损指标像对电压指标一样进行在线监测、实时跟踪、自动计算分析，有利于调度员及时发现线损管理的薄弱环节，及时采取降损措施实现降损节能。

调度人员和运行方式人员通过以下功能实现对地区电网的电网损耗实现全方位的分析和管理：

1)将线损指标作为一个监测量进行在线监测，

随时掌握线损变化情况。

2)自动理论线损计算，不需手工输入数据，随

时可以计算，将大大减小理论线损计算工作量。

3)大大提高理论线损精度，由于系统每分钟进

行一次线损累计，提供了最接近实际线损值的理论线损值，供线损管理参考，误差值应在3%以内，将提高管理效果及管理效益。

系统提供了完整的实时曲线、历史曲线及各类报表，用户可随时进行降损分析，从而及时发现电网薄弱环节、及时找出损耗坏过大元件及设备、及时确定管理线损，可尽早提出降损的技术措施及管理措施。

技术线损最优化、管理线损最小化是降损工作的最终目标。目前各地区都已开展了多种技术降损措施如低压无功补偿、配电网分线分台片、配变经济运行、应用单相变来降低网络损耗，但这些措施的实际应用效果不尽相同，即使是相同的降损办法在不同的地区的应用效果也不尽相同。因此有必要跟踪分析各类降损措施在不同地区的实际运行开展情况以及降损效果，根据实时分析结果，给出特定地区电网的最优降损措施建议和方案。

2.4分布式电源优化调度

针对地区电网，分布式电源包括：小火电、小水电、风力发电、光伏发电等。这些分布式电源的特点是单位机组发电量小，分布分散，调度和控制比较困难。首先需要实施短期和超短期母线负荷预测模块。对于小水电、风力发电和光伏发电，也作为一种倒送的负荷来进行预测。

可以采用人工神经网络技术对负荷趋势进行一定的预测。人工神经网络是由处理单元组成的一种并行、分布式信息处理结构，处理单元之间由单向信号通道相互连接。人工神经元是神经网络的基本计算单元，模拟了人脑中的神经元的基本特征，一般是多输入/多输出的非线性单元，可以有一定的内部状态和阀值[3][4]。

在负荷数据预测的基础上，加上系统的功率平衡约束以及交换功率的约束，利用内点法优化算法和专家系统结合的方式进行实时优化调度。

对于地区电网的分布式电源，一般不需要单独优化机组启停，仅考虑安全约束下的经济调度。

对于具备下行通道的大型机组，可以在电厂侧安装用户侧平台。用以实现优化调度的闭环控制。对于大量不具备条件的分布式电源，只给调度人员提供调度建议。

2.5大用户优化调度

目前，地区电网和大用户主要通过单向的负控系统连接。我国负荷控制系统的产生已有20多年的历史。由于当时电力供应处于紧张状态，为了保证电网的安全，减少大面积拉闸限电，减少由于减负荷给企业造成的损失，也为加强有序计划用电的管理、削峰填谷，平滑整个系统的负荷曲线，才出现了电力负荷控制系统[6]。

在智能调度下，大用户的优化调度非常关键。负控系统可以演变为用户侧的优化平台，不仅具备负荷控制的功能，也能够为企业内部用电计划

编排优化、无功优化提供功能。在此基础之上，新型负控系统能够根据具备的用户生产计划曲线，定时向调度中心发送用电计划。这能够为电网调度的调度提供准确的基础数据。

目前负荷预测的准确率，尤其在地调和县调层面，偏差率比较大。这在某种程度上也是对大型用户用电情况不了解所造成的。

在新型负控系统的基础上，智能调度平台下的节能优化调度能够准确的获知大用户的用电情况以及分布式电源的预测出力，能够准确和最优的安排运行方式和经济调度，实现最优经济调度。

图2 大用户节能优化调度

2.5节能调度数据平台

节能调度数据平台与EMS通过SVG/61970标准接口实现数据共享，与其它系统的交互使用CIM 模式。节能调度数据平台通过基于集成总线的策略来建设，形成一个使电力企业运行环境中的应用可“即插即用”的框架。节能调度数据平台采用CIM作为集成总线上数据交换的公共模式；而对于那些未在CIM中定义、相对于电力企业是特殊的交换数据，本系统提供了强大的元数据服务功能，能够进行灵活的特殊模式定义，使用户可自定义一些扩展的CIM数据模式。这样集成入节能调度数据平台的应用对总线上的数据有一致的理解。节能调度数据平台构建在CORBA 平台之上，利用CORBA以接口为核心的“黑箱”重用、提供了分布式计算环境下的多层客户/服务器模型跨平台、跨网络的透明通信框架的特点。3智能电网节能优化调度系统结构

电网节能优化调度系统作为地区电网调度机构的一个节能调度平台，主要使用部门是调度科、远方科。因此节能优化调度系统必须是一个分布式的系统结构，服务器完成统一的数据接口服务、技术服务等工作；调度工作站主要给调度员提出节能调度决策支持及闭环控制提示指令；运方工作站为运行方式人员提供时线损分析支持、无功电压考核管理及统计分析、电网经济运行分析功能、地方电厂计划管理等功能。

图3 节能优化调度系统结构

电网经济运行模块，给调度员提出线路经济运行、变压器经济运行建议，并经调度员确认后下发经济运行控制指令。为了便于调度员决策，系统同时显示负荷发展变化趋势、临界经济运行点、调节降损效益、设备动作次数等情况。在系统运行正常后，可以将该模块投入闭环模式，实现自动根据节能目标进行经济运行控制。

无功电压优化控制模块，给调度员进行母线电压越限告警、功率因数越限告警，并根据降损目标提出无功补偿设备、变压器分接头档位优化调节指令，自动校正电压越限及功率因数越限，在电压及功率因数合格情况下提出全网无功电压优化控制指令。

图4是电网节能调度软件结构示意图：

图4 电网节能调度软件结构示意图

线损在线计算及分析模块，为调度员提供了精确、完整、方便的电网网损及线损分析的便利工具。通过独特的实时损耗计算技术，提供了分区、分压、分设备、分时的线损报表及曲线查询，便于调度员总结线损变化与电网负荷变化、运行

方式变化等因素的关系，有利于总结节能调度经

验。另外，本模块也为其它模块提供了线损计算服务，为经济运行及无功优化控制模块的调节指令的降损比较提供了科学依据。

分布式电源优化调度为系统提供小电源接入的调度问题。主要从有功无功的实时调度。在负荷数据预测的基础上，加上系统的功率平衡约束以及边界交换功率的约束，利用内点法优化算法和专家系统结合的方式进行实时优化调度。

大用户优化调度实现了调度和大用户的双向通道。一方面，大用户可以获知动态分时电价信息，并由基于新型负控系统的大用户优化节能平台安排企业生产计划。一方面，大用户实时上传优化过的用电计划至调度中心，调度中心根据详细的负荷预测和大用户用电计划，优化调度计划。

运行方式部门是调度的计划分析部门，电网节能优化调度为运行方式人员提供了电网经济运行、无功优化模拟计算分析功能，可在图形上直接投切开关进行模拟计算；系统保存了定周期的电网负荷断面，可以选择具体断面进行网损计算分析、电网经济运行计算、无功优化计算。

4 结论

本文从降损节能的大背景下，提出了一套新型的智能电网节能优化调度系统。该系统包括电网经济运行、无功电压优化、线损在线分析、大用户优化调度和分布式电源优化调度等多个模块，这些模块将电网调度的有功、无功调度有机结合，不仅能够减少多个系统维护的人力成本和解决多个功能模块间的共享兼容问题，更能从优化的角度，实现地区电网调度的最优调度，大大提高地区电网的智能化和自动化水平。

参考文献

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期负荷预测[J]. 电力系统及其自动化学报，2007，19(5)：29-32 [5] 地区电网技术线损综合评估及降损措施的研究 [R]，江苏省电力试验科学研究院有限公司,2009。

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[7] 黄春红，陈进忠，林桓，田发中，张东院等. 基于灵敏度分析和

费用评估的无功电压优化控制[J].电力系统自动化，2003，

27(14)：91-93 作者简介：

王朝明，（1976-），江苏苏州人，博士研究生，主要从事电力系统优化与运行控制。Email：sprintseu@https://www.360docs.net/doc/104397461.html,。

马春生，（1977-），高级工程师，硕士，主要从事电力系统优化与运行控制。Email：softcore@https://www.360docs.net/doc/104397461.html,。